綜合管廊工程頂管頂進(jìn)施工技術(shù)要點(diǎn)淺析

王軍輝

中鐵開(kāi)發(fā)投資集團(tuán)有限公司 云南 昆明 650118

正文：

.1 工程概況

德平路支線綜合管廊（D段）總長(zhǎng)約2900m，起于主線管廊C段（武九鐵路DK0+140），沿現(xiàn)狀和規(guī)劃德平路敷設(shè)，下穿和平大道（上跨在建地鐵5號(hào)線區(qū)間，管廊底距地鐵5號(hào)線頂約5m）、下穿友誼大道（上跨規(guī)劃地鐵7號(hào)線）、經(jīng)和平變電站，止于團(tuán)結(jié)大道（DK3+040）。管廊穿越和平大道時(shí)，考慮路面以下管線情況，設(shè)計(jì)采用矩形頂管。頂管里程DK0+814.6-DK0+895.6，頂管內(nèi)尺寸為8.4m×3.8m，壁厚0.7m，預(yù)制管節(jié)單環(huán)長(zhǎng)度1.5m，頂管總長(zhǎng)為1.5m×54節(jié)=81m。頂管覆土約5.8～6.6m。

2 建設(shè)城市地下綜合管廊的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 明挖法

現(xiàn)階段結(jié)合管廊施工的一些特點(diǎn)，采用明挖法的主要優(yōu)勢(shì)，就是對(duì)成本的消耗要更低一些，從管廊施工的實(shí)際效果上看，該方法可以讓施工的流程得到一定程度上的簡(jiǎn)化，也就是施工的程序其實(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)是簡(jiǎn)單的，在管廊施工中對(duì)該方法展開(kāi)應(yīng)用，就要對(duì)現(xiàn)有路面上的一切構(gòu)造進(jìn)行去除，這個(gè)是要考慮到的主要問(wèn)題，也是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用中的要點(diǎn)?？梢钥闯鲞@種方法下開(kāi)展管廊施工，可以定時(shí)完成排水工程，實(shí)際對(duì)綜合管廊的一種有效維護(hù)。從管廊施工的實(shí)際情況上看，這種方法要注重預(yù)制拼裝，要借助一些大噸位的起吊設(shè)備，將上述的過(guò)程執(zhí)行，因此其實(shí)該技術(shù)在實(shí)際的處理中，對(duì)資金的消耗還是非常嚴(yán)重的。因此該方法的實(shí)際應(yīng)用中，其實(shí)施工人員一定要具備非常高的技術(shù)水平，對(duì)于管廊施工中對(duì)各類(lèi)技術(shù)都是要足夠熟練。夏季的管廊施工開(kāi)展中，通常使用企業(yè)使用過(guò)的都是這種方法，但是夏季開(kāi)展的管廊施工，進(jìn)度上要求更高，因此客觀上，還是需要進(jìn)行整體的拼裝，在這個(gè)基礎(chǔ)上可以建設(shè)綜合管廊。在現(xiàn)場(chǎng)要開(kāi)展?jié)仓┕ぃ羰怯龅揭恍┨厥獾那闆r，工人察覺(jué)到一些零件已經(jīng)老化或者是出現(xiàn)了破損，這個(gè)時(shí)候就要及時(shí)對(duì)零件進(jìn)行處理以及替換，然后保證整個(gè)流程是順利和流暢的，避免造成嚴(yán)重的損失。

2.2 頂管法

該方法主要的切入點(diǎn)，就是管廊施工中每個(gè)管廊邊長(zhǎng)，要用開(kāi)挖和頂進(jìn)充分融合的方式，實(shí)現(xiàn)管廊施工的處理，具體就是對(duì)管廊施工的開(kāi)挖環(huán)節(jié)，要對(duì)現(xiàn)存管道進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪z憾神，便于在后期的管廊施工中，對(duì)管廊開(kāi)展預(yù)埋處理。該方法還是有著一定的優(yōu)勢(shì)存在，就是對(duì)管廊施工的一整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了非常明顯的簡(jiǎn)化，這就讓其中的各類(lèi)設(shè)備投入得到了有效減少，同時(shí)在借助該方法開(kāi)展管廊施工的時(shí)候，可以避免地面的諸多影響，所以還是有非常明顯的便捷性，現(xiàn)階段借助該方法開(kāi)展的管廊施工，主要是要預(yù)先實(shí)施切槽，同時(shí)在發(fā)現(xiàn)軟弱土層的時(shí)候，需要技術(shù)人員使用一定的手段，對(duì)土層沉降進(jìn)行有效防治。

3 綜合管廊工程頂管頂進(jìn)施工技術(shù)

3.1 頂管始發(fā)段頂進(jìn)施工

3.1.1 封門(mén)形式

在進(jìn)行始發(fā)井維護(hù)時(shí)通常會(huì)在鉆孔管樁樁內(nèi)部添加維護(hù)體系，在管樁樁間利用雙管旋噴樁強(qiáng)化止水效果，也就是在始發(fā)井周邊地區(qū)做好鉆孔灌注樁維護(hù)結(jié)構(gòu)，然后在現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工位置添加內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。該混凝土擋土墻就是工作井洞圈風(fēng)門(mén)，并在其外部對(duì)土體進(jìn)行加固，作為臨時(shí)洞圈風(fēng)門(mén)。頂管始發(fā)段施工就是利用鋼筋混凝土樁做好始發(fā)井維護(hù)，頂管機(jī)頭在經(jīng)過(guò)始發(fā)施工段加固區(qū)域的同時(shí)進(jìn)行入到原狀土體中。

3.1.2 頂管始發(fā)的施工步驟

在本工程中頂管始發(fā)井內(nèi)的凈空為12米，充分滿(mǎn)足了頂管始發(fā)要求。在進(jìn)行施工時(shí)應(yīng)先組裝頂管機(jī)并做好調(diào)試工作，破除維護(hù)結(jié)構(gòu)所使用的鋼筋混凝土，將頂管機(jī)向洞門(mén)處靠近，利用頂管機(jī)切削并對(duì)土體進(jìn)行加固，最后機(jī)頭切口進(jìn)行入到原狀土中，并提升原狀體內(nèi)的壓力。

3.1.3 始發(fā)段頂進(jìn)施工

（1）破除圍護(hù)結(jié)構(gòu)前的準(zhǔn)備工作

在本工程中始發(fā)井鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)強(qiáng)度在1.5MPa以上，因此在頂管機(jī)進(jìn)入到施工區(qū)域前應(yīng)先將原有的維護(hù)結(jié)構(gòu)拆除，同時(shí)在進(jìn)入到區(qū)域內(nèi)時(shí)應(yīng)關(guān)注刀盤(pán)度加固層的削切功能。在確保頂進(jìn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好后可以加快頂進(jìn)機(jī)的頂進(jìn)速度，從而避免洞口坍塌，利用刀盤(pán)與周邊刀盤(pán)進(jìn)行混凝土削切。在拆除維護(hù)結(jié)構(gòu)前相關(guān)技術(shù)人員、施工人員應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況、封門(mén)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行深入的了解。

（2）頂進(jìn)施工

在施工時(shí)可以加入適量的水或是潤(rùn)滑水泥。頂管技術(shù)在進(jìn)入到原狀土后應(yīng)加快頂進(jìn)速度，避免“磕頭”情況的出現(xiàn)，利用正面壓力略大于理論值來(lái)降低地面沉降、正面土體擾動(dòng)的情況。在頂管全部進(jìn)行到洞門(mén)后應(yīng)對(duì)止水帶進(jìn)行檢查，避免損壞情況，若出現(xiàn)損壞應(yīng)立即進(jìn)行修補(bǔ)，不得出現(xiàn)漿液等滲漏的情況。

3.2 頂管正常段頂進(jìn)施工

3.2.1 主要施工參數(shù)的控制

（1）頂管正常段頂推力計(jì)算

1）矩形頂管機(jī)正面最大阻力：

2）采取注漿減摩措施時(shí)，頂進(jìn)摩阻力：

F摩=K×L×l

3）總掘進(jìn)阻力：

ΣF阻=N+F摩

式中：

N—矩形頂管機(jī)正面阻力（kN）；

Pt—被動(dòng)土壓力（kN）；

γ—土容重（kN/m3），參考類(lèi)似土層取值18.5kN/m3；

H—最大覆土深度（m）；

φ—內(nèi)摩擦角（°），參考類(lèi)似土層取值15°；

D—矩形頂管機(jī)高度（m）；

D1—管節(jié)高度（mm）;

S—機(jī)頭或管節(jié)截面積（m2）;

K—管節(jié)單位面積摩阻力（kN/m2）；L—管節(jié)周長(zhǎng)（m）；

l—掘進(jìn)長(zhǎng)度（m）；

Pt=γ（H+2/3D）tg（45°+φ/2）

=18.5*（6.9+2/3*5.2）*tg（45°+15°/2）=249.93kN

N=S×Pt=9.8*5.2*249.93=12736.43kN

F摩=K×L×l=(2-7)*（9.8+5.2）*2*75.6=4536-15876kN

總頂力F頂=ΣF阻=N+F摩=17272.43-28612.43kN=1727.2-2861.2T

頂進(jìn)最大推進(jìn)力在3000噸以下。

（2）正面土壓力的設(shè)定

在進(jìn)行土壓力計(jì)算時(shí)可以采用采用Rankine壓力理論：

P上=k0rz

P下=k0rz

P上：通道頂部的側(cè)面土壓力

P下：通道底部的側(cè)面土壓力

k0：側(cè)面系數(shù)，k0=1-sinφ’φ’—土的有效內(nèi)摩擦角

r：土的容重

z：覆土深度，z上為6.9m，z下為12.12m。

俗話(huà)說(shuō)，樹(shù)高千尺不忘根，創(chuàng)業(yè)致富不忘本。涂桑田稻田養(yǎng)蝦成功后，被村黨支部和村民兵評(píng)為“稻蝦共作”致富標(biāo)兵和產(chǎn)業(yè)脫貧致富明星。為了使鄉(xiāng)鄰共同養(yǎng)殖致富，他把自己的養(yǎng)蝦技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)傳授給鄉(xiāng)鄰。得知涂新旺、涂萬(wàn)田、陳新友等17戶(hù)貧困戶(hù)致富無(wú)門(mén)路，涂桑田就積極聯(lián)系機(jī)械設(shè)備幫助他們對(duì)稻田養(yǎng)蝦的低洼田進(jìn)行改造，達(dá)到溝、渠、路配套。同時(shí)，涂桑田以自家農(nóng)場(chǎng)為培訓(xùn)基地，組織貧困養(yǎng)蝦戶(hù)免費(fèi)到基地參觀學(xué)習(xí)。在育秧插秧和投放蝦苗季節(jié)，涂桑田親自到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。全鎮(zhèn)已有20多戶(hù)貧困戶(hù)開(kāi)始稻田養(yǎng)蝦，與桑田家庭農(nóng)場(chǎng)結(jié)成了利益共同體。

P上=k0rz=（1-sin15°）*18.5*6.9=94.61kN/m2=0.094Mpa

P下=k0rz=（1-sin15°）*18.5*12.12=166.19kN/m2=0.166Mpa

以上數(shù)據(jù)為理論計(jì)算值，最初設(shè)定值略高于設(shè)定的土壓力，可設(shè)定為0.1-0.18MPa，隨著頂管不斷頂進(jìn)，在進(jìn)行土壓力值調(diào)整時(shí)可以將頂進(jìn)參數(shù)、地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等作為依據(jù)。

（3） 出土方案設(shè)定并控制出土量

在此項(xiàng)工程中，可以在關(guān)鍵環(huán)節(jié)鋪設(shè)軌道，可以使用一臺(tái)平車(chē)進(jìn)行出土運(yùn)輸。將一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)固定在主頂平臺(tái)上利用其推動(dòng)平板車(chē)。一節(jié)管出土量可以用進(jìn)行計(jì)算，在頂進(jìn)是盡可能對(duì)每一次出土量進(jìn)行精確統(tǒng)計(jì)，確保可以基本與理論出土量相符，以此來(lái)確保出土量的穩(wěn)定性，避免地面沉降情況的出現(xiàn)。

（4）在頂管穿過(guò)和平大道高架橋及和平大道地下多條管線前，進(jìn)行試驗(yàn)段的試驗(yàn)及測(cè)試，及時(shí)調(diào)整合理的頂進(jìn)參數(shù)，同時(shí)加強(qiáng)管節(jié)內(nèi)同步注漿及二次注漿，確保頂進(jìn)過(guò)程中周?chē)?gòu)筑物的安全。

在進(jìn)行頂管頂進(jìn)施工時(shí)應(yīng)控制好頂進(jìn)軸線。每一節(jié)管結(jié)在頂進(jìn)完成后應(yīng)對(duì)機(jī)頭的姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量，避免出現(xiàn)偏差，若出現(xiàn)偏差應(yīng)進(jìn)行及時(shí)的糾正，確保其在規(guī)定范圍內(nèi)，降低土體擾動(dòng)或管節(jié)擴(kuò)張的情況。應(yīng)對(duì)機(jī)頭轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制，當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)角偏小時(shí)可使用刀盤(pán)反轉(zhuǎn)、加壓鐵進(jìn)行的糾正。應(yīng)先將頂進(jìn)軸線的偏差控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3.2.3 地面沉降控制

頂管頂進(jìn)的過(guò)程中應(yīng)控制頂管的頂進(jìn)速度，確保工程可以不間斷完成，避免長(zhǎng)期放置的情況。根據(jù)相關(guān)的反饋數(shù)據(jù)對(duì)土壓力定值進(jìn)行調(diào)整，確保其在最合理的范圍內(nèi)；對(duì)出土量進(jìn)行控制，防止出現(xiàn)欠挖或超挖情況。

3.2.4 確保減摩效果

為了進(jìn)一步降低土體與管道間產(chǎn)生更多的摩擦阻力，可以在管廊施工中要在管道外注泥漿，同時(shí)在周?chē)梢赃m當(dāng)建筑泥漿套，這樣可以實(shí)現(xiàn)減少摩擦，同時(shí)在管廊施工的實(shí)際開(kāi)展中，要避免出現(xiàn)泥漿失水的情況，防止泥漿沉淀和固結(jié)，這些在管廊施工實(shí)際開(kāi)展中要嚴(yán)格控制的，對(duì)管廊施工的整體質(zhì)量有著直接的影響。

首先是對(duì)泥漿配比進(jìn)行嚴(yán)格的控制，這是日常關(guān)鍵的舉措，另外是要布置好華麗的壓漿孔以及管路，在管廊施工的實(shí)際開(kāi)展中，這兩個(gè)方面，是重要的部分，壓漿系統(tǒng)主要是有兩個(gè)子系統(tǒng)，是相互獨(dú)立的，一個(gè)系統(tǒng)是對(duì)土體有一定的作用，可以改善流塑性，可以對(duì)螺旋機(jī)以及機(jī)頭里的土體展開(kāi)適當(dāng)?shù)淖{，另外的一個(gè)系統(tǒng)，則是可以形成減摩擦力泥漿套，可以對(duì)關(guān)節(jié)外實(shí)施注漿。

其次是對(duì)壓漿設(shè)備以及壓漿工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。用泥漿攪拌的方式開(kāi)展操作，具體來(lái)時(shí)候是要參考泥漿的配比，這是直接影響到后續(xù)施工質(zhì)量的重要參數(shù)，一定要進(jìn)行合理的考慮，并要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，泥漿配比是不可錯(cuò)誤的，否則會(huì)對(duì)管廊施工整體質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。要求添加純堿、CMC，在添加前應(yīng)先將其中的一些添加物順利化開(kāi)，然后是在其中加入適當(dāng)?shù)呐驖?rùn)土，可以將其進(jìn)行攪拌，時(shí)間控制在二十分鐘，再加入的就是乳化油，控制攪拌的時(shí)間為十分鐘，同時(shí)要對(duì)泥漿開(kāi)展充分合理地?cái)嚢?。泥漿攪拌對(duì)技術(shù)的要求是非常高的，主要是保持泥漿攪拌的均勻，同時(shí)可以借助設(shè)備展開(kāi)壓漿，比如HENY泵。可以將HENY泵固定在井口，然后在攪拌機(jī)出料后，及時(shí)注入儲(chǔ)備桶中。漿液在儲(chǔ)漿桶內(nèi)靜置一段后，可以借助HENY泵，將漿液準(zhǔn)確送到井下，這個(gè)時(shí)候需要對(duì)注入的壓力進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

3.2.5 壓漿施工

壓漿施工的實(shí)際開(kāi)展中，需要選派一些專(zhuān)門(mén)的人員，專(zhuān)門(mén)對(duì)壓漿施工進(jìn)行控制，壓漿施工中主要進(jìn)行控制的，就是觸變穩(wěn)定性，同時(shí)在壓漿施工的實(shí)際開(kāi)展中，要防止出現(xiàn)失水以及固結(jié)的現(xiàn)象，另外是對(duì)壓漿施工的具體流程進(jìn)行嚴(yán)格的控制，在進(jìn)行頂進(jìn)操作的時(shí)候，要對(duì)觸變泥漿進(jìn)行及時(shí)的壓漿施工，在進(jìn)行頂進(jìn)的是偶，需要形成一定的空隙，同時(shí)在管節(jié)的周?chē)?，可以制造出泥漿套，這樣可以用來(lái)對(duì)阻力降低，讓頂進(jìn)的效率實(shí)現(xiàn)全面的提升。其次是控制好壓漿施工的一些工序，要注意先壓后頂，同時(shí)要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漿。最后則是要對(duì)壓漿施工的順序進(jìn)行嚴(yán)格的控制，這也是要進(jìn)行控制的要點(diǎn)。擴(kuò)散系數(shù)取3-5倍。

V=（9.82×5.22-9.8×5.2）×1.5×（300-500%）=1.35-2.25m3/環(huán)。同時(shí)，根據(jù)周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋情況，做相應(yīng)調(diào)整，確保壓漿飽滿(mǎn)、沉降控制在相關(guān)規(guī)范允許范圍以?xún)?nèi)。

3.2.6 觸變泥漿性能參數(shù)

頂管施工所用觸變泥漿的性能，主要由以下6個(gè)指標(biāo)來(lái)控制：比重、靜切力、粘度、失水量、穩(wěn)定性、PH值。根據(jù)我司在類(lèi)似工程的成功施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程地層特點(diǎn)，頂管施工的泥漿粘度擬定在30s-38s之間、比重以1.1-1.16g/cm3為宜，并及時(shí)對(duì)推進(jìn)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，對(duì)觸變泥漿性能指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

3.2.7 止退裝置

頂管掘進(jìn)機(jī)為矩形，所以其斷面面積相對(duì)較大，也增加了前端阻力，在進(jìn)行施工時(shí)，既是頂管頂進(jìn)的距離相對(duì)較長(zhǎng)。當(dāng)出現(xiàn)后退情況時(shí)會(huì)影響機(jī)頭與前方土體間的平衡，土體支撐會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)情況，容易出現(xiàn)土體坍塌的事故。這個(gè)時(shí)候就要技術(shù)進(jìn)行處理，否則就會(huì)導(dǎo)致后期出現(xiàn)管線沉降以及路面沉降的嚴(yán)重問(wèn)題，可以在前端安裝合理的止退裝置，另外是油缸的實(shí)際推行中，可以加上墊塊以及管節(jié)，可以將銷(xiāo)子插入到吊裝孔力。同時(shí)需要將墊塊以及墊板，放到基座支柱間，這樣管節(jié)后退可以借助銷(xiāo)子和墊塊等實(shí)現(xiàn)傳遞，可以將其傳遞到后支柱上，從而進(jìn)行合適的焊接。以此來(lái)保證管節(jié)的穩(wěn)定性。為了可以降低管節(jié)的后退力，可以在管節(jié)插入銷(xiāo)子前提升正面土壓力，將壓力控制在0.2bar左右。

結(jié)語(yǔ)：管廊施工的實(shí)際開(kāi)展中，因?yàn)楣こ膛c人們的實(shí)際生活都是有直接的聯(lián)系，同時(shí)國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)建設(shè)一直都是在不斷深化，工程建設(shè)逐漸加快，要想得到好的施工成果，就要加強(qiáng)對(duì)管廊施工中各個(gè)環(huán)節(jié)的控制。如今來(lái)看，管廊施工中各類(lèi)技術(shù)都是在不斷提升施工的要求。